一种具有防陷入淤泥功能的多目标协同搜索水下机器人

本发明涉及水下机器人技术领域，特别是一种具有防陷入淤泥功能的多目标协同搜索水下机器人。

背景技术：

水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的极限作业机器人。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。操作人员通过人机交互系统以面向过程的抽象符号或语言下达命令，并接受经计算机加工处理的信息，对潜水器的运行和动作过程进行监视并排除故障。开始研制智能水下机器人系统。操作人员仅下达总任务，机器人就能根据识别和分析环境，自动规划行动、回避障碍、自主地完成指定任务。

现有技术中，水下行走类机器人因水下情况复杂，因此部分水下机器人在行走腿进入到淤泥中后无法自行走出，需要人工救援或者其他装置获取该机器人，造成执行任务困难等问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出的一种具有防陷入淤泥功能的多目标协同搜索水下机器人，该机器人可完成水下淤泥脱困以及协同式多目标搜索的能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有防陷入淤泥功能的多目标协同搜索水下机器人，包括机器人主体、行走脚、脱困组件、输气管和功能仓，其中行走脚有偶数个，行走脚分别连接在机器人主体的左右两则，且机器人主体左右两侧的行走脚的数量一致；所述脱困组件包括连接板、连接柱、安装板和充气仓，其中连接板固定安装在行走脚的末端，连接柱的上端与连接板的底面连接，安装板的顶面固定连接在连接柱的下端，所述充气仓固定连接在安装板的底面，所述安装板的中部具有贯穿的充气对接孔，该充气对接孔与充气仓内部的充气腔连通，所述充气腔下端敞开；

所述输气管包括第一侧气管、第二侧气管，所述功能仓内部安装有氮气罐、气泵、三通切换阀、控制板和倾角传感器，其中，氮气罐通过气管与气泵的输入端连接，所述气泵的输出端与三通切换阀的第一端连接，所述三通切换阀的第二端通过第一侧气管与机器人主体左侧脱困组件的充气对接孔连接，所述所述三通切换阀的第三端通过第二侧气管与机器人主体右侧脱困组件的充气对接孔连接，所述倾角传感器用于获取机器人主体的侧倾方向和角度，所述控制板与倾角传感器、三通切换阀和气泵分别信号连接，所述控制板用于获取倾角传感器检测到机器人主体侧倾方向和角度数据，并在机器人主体侧倾角度数据超过阈值后，切换三通切换阀换向并控制气泵通过输气管向较低一侧脱困组件充气仓充气。

作为优选的，所述充气腔的下端安装有用于避免石子卡入充气仓下端敞开处的第二网板。

作为优选的，所述充气仓由上部到下端直径逐渐减小，以减少行走脚从淤泥中脱困的阻力。

作为优选的，所述充气仓第一侧面由上到下向内倾斜设置，充气仓的第一侧面安装有辅助管，该辅助管第一端连接在充气仓第一侧面，辅助管的第二端延伸至临近充气仓下端位置。

作为优选的，所述辅助管的第二端安装有用于避免石子卡入辅助管第二端开口的第一网板。

作为优选的，所述充气仓第一侧面安装有辅助护罩，辅助护罩内壁与充气仓第一侧面围合成护罩内腔，所述辅助管位于护罩内腔中，护罩内腔下端敞开。

作为优选的，所述辅助护罩下端边缘的位置不高于辅助管第二端的位置。

作为优选的，所述安装板上开设有排气阀孔，所述连接板底面安装有气缸，该气缸的伸出端安装有封堵头，封堵头朝向排气阀孔，所述气缸可驱动封堵头移动，以切换封堵头封堵排气阀孔的状态，所述控制板与所述气缸信号连接。

作为优选的，所述输气管通过挂钩挂装在机器人主体的底部以及行走脚的内侧。

作为优选的，所述机器人主体内部还包括

接收模块，用于接收水中的声信号；

距离计算模块，用于计算当前设备与外部设备之间的相对距离；

第一筛选模块，用于根据多个时刻下的所述相对距离，筛选出相对距离值在减小和/或不变的外部设备，并将其作为待选节点；

第二筛选模块，用于从所述待选节点中确定网关节点，其中，当前时刻下的所述相对距离值最小的所述待选节点作为所述网关节点；

通信模块，用于通过蓝绿激光与所述网关节点建立网络连接。

使用本发明的有益效果是：

1.本水下机器人可通过内置的多个模块形成水下通讯，测算水下机器人与外部设备之间的距离，第二筛选模块和通信模块配合，实现在多个水下机器人共同操作时实施自行组网，可实现协同搜索等功能。

2.本水下机器人可通过脱困组件和功能仓内部的控制装置和传感器，实现检测机器人是否陷入到淤泥中，通过对充气仓充气，以及充气仓排气等多种效果作用下，使得本机器人尽可能的摆脱淤泥。

附图说明

图1为本发明具有防陷入淤泥功能的多目标协同搜索水下机器人的常规状态的示意图。

图2为图1中a处局部放大图。

图3为本发明具有防陷入淤泥功能的多目标协同搜索水下机器人的陷入淤泥状态的示意图。

图4为本发明具有防陷入淤泥功能的多目标协同搜索水下机器人的陷入淤泥状态时脱困组件的示意图。

图5为本发明具有防陷入淤泥功能的多目标协同搜索水下机器人中辅助护罩的示意图。

图6为本发明具有防陷入淤泥功能的多目标协同搜索水下机器人中控制装置和充气组件的连接示意图。

附图标记包括：

10-机器人主体，20-行走脚，30-脱困组件，31-连接板，32-连接柱，33-安装板，331-充气对接孔，332-排气阀孔，34-充气仓，341-充气腔，35-气缸，351-封堵头，36-辅助管，361-第一网板，37-辅助护罩，371-护罩内腔，38-第二网板，40-输气管，41-第一侧气管，42-第二侧气管，50-功能仓，51-氮气罐，52-气泵，53-三通切换阀，54-控制板，55-倾角传感器。b-淤泥区，c-造气区。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

如图1-图6所示，本实施例提出一种具有防陷入淤泥功能的多目标协同搜索水下机器人，包括机器人主体10、行走脚20、脱困组件30、输气管40和功能仓50，其中行走脚20有偶数个，行走脚20分别连接在机器人主体10的左右两则，且机器人主体10左右两侧的行走脚20的数量一致；脱困组件30包括连接板31、连接柱32、安装板33和充气仓34，其中连接板31固定安装在行走脚20的末端，连接柱32的上端与连接板31的底面连接，安装板33的顶面固定连接在连接柱32的下端，充气仓34固定连接在安装板33的底面，安装板33的中部具有贯穿的充气对接孔331，该充气对接孔331与充气仓34内部的充气腔341连通，充气腔341下端敞开；输气管40包括第一侧气管41、第二侧气管42，功能仓50内部安装有氮气罐51、气泵52、三通切换阀53、控制板54和倾角传感器55，其中，氮气罐51通过气管与气泵52的输入端连接，气泵52的输出端与三通切换阀53的第一端连接，三通切换阀53的第二端通过第一侧气管41与机器人主体10左侧脱困组件30的充气对接孔331连接，三通切换阀53的第三端通过第二侧气管42与机器人主体10右侧脱困组件30的充气对接孔331连接，倾角传感器55用于获取机器人主体10的侧倾方向和角度，控制板54与倾角传感器55、三通切换阀53和气泵52分别信号连接，控制板54用于获取倾角传感器55检测到机器人主体10侧倾方向和角度数据，并在机器人主体10侧倾角度数据超过阈值后，切换三通切换阀53换向并控制气泵52通过输气管40向较低一侧脱困组件30充气仓34充气。

作为优选的，充气腔341的下端安装有用于避免石子卡入充气仓34下端敞开处的第二网板38。

充气仓34由上部到下端直径逐渐减小，以减少行走脚20从淤泥中脱困的阻力。

充气仓34第一侧面由上到下向内倾斜设置，充气仓34的第一侧面安装有辅助管36，该辅助管36第一端连接在充气仓34第一侧面，辅助管36的第二端延伸至临近充气仓34下端位置，辅助管36具有辅助排气，形成造气区c的作用。

辅助管36的第二端安装有用于避免石子卡入辅助管36第二端开口的第一网板361。

充气仓34第一侧面安装有辅助护罩37，辅助护罩37内壁与充气仓34第一侧面围合成护罩内腔371，辅助管36位于护罩内腔371中，护罩内腔371下端敞开。辅助护罩37的作用是保护辅助管36，同时护罩内腔371可充气，进一步增加浮力。

本辅助护罩37下端边缘的位置不低于辅助管36第二端的位置，尽可能的保护辅助管36。

安装板33上开设有排气阀孔332，连接板31底面安装有气缸35，该气缸35的伸出端安装有封堵头351，封堵头351朝向排气阀孔332，气缸35可驱动封堵头351移动，以切换封堵头351封堵排气阀孔332的状态，控制板54与气缸35信号连接，以实现充气仓34排气或封闭切换。

输气管40通过挂钩挂装在机器人主体10的底部以及行走脚20的内侧。

机器人主体10内部还包括接收模块，用于接收水中的声信号；距离计算模块，用于计算当前设备与外部设备之间的相对距离；第一筛选模块，用于根据多个时刻下的相对距离，筛选出相对距离值在减小和/或不变的外部设备，并将其作为待选节点；第二筛选模块，用于从待选节点中确定网关节点，其中，当前时刻下的相对距离值最小的待选节点作为网关节点。通信模块，用于通过蓝绿激光与网关节点建立网络连接，实现多目标协同搜索。在其他实施例中，还可以采用其他水下组网的方式，实现多目标协同功能。

具体的，如图1所示，正常状态下，水下机器人左右相对平衡，如图2所示，在此状态是，气缸35驱动封堵头351从排气阀孔332撤出，此时充气仓34内的充气腔341充满水，其作用是避免充气仓34内充气，保持脱困组件30下端的第二网板38接触底面，提高附着能力。此时，本水下机器人可正常行走，与一般状态的水下机器人无差异。

如图3所示，在本水下机器人左侧陷入到淤泥区b之后，机器人主体10整体向左侧偏移，此时倾角传感器55检测到机器人主体10偏移超过预定角度之后，例如机器人主体10倾斜超过15°或20°之后，控制板54控制三通阀将第一端与第二端连通，即气泵52通过管路与第一侧气管41连通，如图4所示，此时控制板54控制气缸35的伸出端伸出，使封堵头351封堵排气阀孔332，控制板54控制气泵52启动，氮气罐51内的压缩液化氮气通过气泵52的驱动，经过输气管40中的第一侧气管41，进入到左侧的脱困组件30，具体为，氮气通过第一侧气管41，穿过充气对接孔331进入到充气腔341。充气腔341内的水持续由下端排出，同时辅助管36内的水排出，最后的状态是辅助管36内和充气仓34充满氮气。在对充气仓34持续充入氮气后，氮气从辅助管36的第二端以及充气仓34的下端排出，如图3所示，在淤泥区b内形成造气区c，通过氮气反推顶起左侧的行走脚20，本实施例中，氮气的流速需较大，以实现反推的作用，氮气的流速应与机器人主体10的重量相匹配。

如图5所示，本实施例中，辅助护罩37内的护罩内腔371可通过辅助管36排出的气体充气，使得脱困组件30以及左侧的行走脚20获得更大的浮力。最终实现左侧行走脚20脱困。在其他实施例中，充气仓34的侧面还可以在其他侧面设置辅助管36和辅助护罩37。

另外，本水下机器人可通过机器人主体10上设置的视觉识别装置，结合倾角传感器55配合检测水下机器人是否进入淤泥区b，或者在倾斜的地面，以判断是否实时淤泥脱困的动作。

本水下机器人可通过内置的多个模块形成水下通讯，测算水下机器人与外部设备之间的距离，第二筛选模块和通信模块配合，实现在多个水下机器人共同操作时实施自行组网，可实现协同搜索等功能。

本水下机器人可通过脱困组件30和功能仓50内部的控制装置和传感器，实现检测机器人是否陷入到淤泥中，通过对充气仓34充气，以及充气仓34排气等多种效果作用下，使得本机器人尽可能的摆脱淤泥。

本水下机器人的另外一个优点是，脱困组件30、输气管40和功能仓50均采用外加或外挂形式，可随意安装在一般的水下机器人上，任意的水下机器人均可自由改装，适应能力出色。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。